壓氣機

壓氣機燃氣渦輪發動機中的一個部件，利用高速旋轉的葉片對空氣做功來增加空氣壓力。壓氣機葉輪葉片的前端是彎曲的，稱為導輪其作用是將氣體無沖擊地引入工作葉輪，減少氣流的沖擊損失。小型增壓器的壓氣機葉輪一般將導輪與工作葉輪合為一體。壓縮機的葉輪出口處有一個擴壓器，使氣體在葉輪中獲得的動能盡可能地轉化為壓力。擴散器分為葉片式和狹縫式。壓縮機的外殼具有空氣入口和空氣出口。一般進口軸向布置，流道略呈錐形，以減少進氣阻力。出口一般設計成蝸殼，沿圓周方向有逐漸擴大的流道，這樣高速氣流可以在那里繼續擴大，提高增壓器的整體效率。壓縮機由渦輪驅動，其主要性能參數為：轉速、流量、空氣流量、增壓比和效率等。

壓氣機

壓縮機出口處的總氣壓與入口處的總氣壓之比稱為壓縮機增壓比當增壓比相同時，理論上所需的壓縮功與實際消耗的機械功之比稱為壓縮機效率。壓縮機可分為離心式壓縮機和軸流式壓縮機，兼有兩種特性的稱為混合式壓縮機。根據氣流進入壓氣機轉子葉片的相對速度，壓氣機可分為亞音速、跨音速和超音速的三種形式。

壓氣機

離心式壓縮機由風輪導向、葉輪、擴壓器等組成(圖1)空氣通過進氣口進入壓縮機、經過

與葉輪一起旋轉的導輪被導入葉輪。在高速旋轉的葉輪作用下，空氣被離心力從葉輪中心甩向葉輪外緣，壓力逐漸增大從葉輪流出的空氣進入擴壓器后，速度降低，壓力再次升高，最后通過出氣管流出壓縮機。

離心式壓縮機的空氣流量從每秒幾公斤到幾十公斤不等。亞音速離心壓氣機的增壓比約為4.5超音速離心壓縮機可達8 ~ 10，效率約為0.78。

軸流壓縮機 空氣在軸流壓縮機中主要沿軸向流動。它由轉子（也稱為工作輪，圖2中的彩色部分）和靜子（又稱整流器，圖2 無色部分）兩部分組成。一級由一排轉子葉片和一排定子葉片組成，單級的增壓比很小為了獲得更高的增壓比，一般采用如圖所示的多級結構。空氣在壓縮機中逐級加壓后，密度和溫度也逐級升高。

軸流壓氣機的空氣流量為每秒幾公斤到每秒200公斤，單級增壓比一般在1左右.1～2.0，效率約為0.85～0.88。多級軸流壓氣機的增壓比可達25以上。軸流壓氣機因其面積小壓比高效率高，在燃氣渦輪發動機中得到了廣泛應用。

壓縮機都符合給定的進氣條件、轉速、壓力比和空氣流量，但其工作狀態（工作環境的溫度、壓力、速度和氣流等）實際上是變化的，壓縮機在各種工況下的性能稱為壓縮機特性。在一定轉速下，當壓氣機壓比增大到一定值時，壓氣機就會進入不穩定的工作狀態，容易發生喘振，使整個系統產生低頻大幅度的氣流軸向脈動，甚至出現瞬時氣流反向的現象。壓縮機喘振可能導致葉片斷裂、結構損壞、燃燒室溫度過高，發動機關閉。為避免喘振，可采取以下措施：

1根據轉速調整某些級整流葉片的安裝角度，使流入的氣流有合適的攻角，避免氣流分離引起的喘振。

2將多級壓縮機分成兩個不同轉速的轉子，從高速到低速、低壓渦輪驅動。一些發動機具有3轉子結構。

③多級軸流壓氣機從中間級排出空氣，以增加前幾級的空氣流量，避免攻角過大造成的分離和喘振。

④多級軸流壓氣機將第一級壓氣機的機匣開槽，使第一級工作輪葉尖的氣流通過機匣上的槽回流，從而減小氣流的攻角這種方法被稱為套管處理。

葉片振動 壓縮機葉片經常因振動而開裂甚至斷裂。振動分為兩類：一種是周期性外力作用下的葉片振動，稱為強迫振動。周期性外力來自工作輪葉片和整流葉片的相互干涉、工作輪葉片的旋轉失速等。另一類是葉片本身的振動與相鄰葉片本身的振動相互干擾形成的，稱為葉片自激振動或葉片顫振。為了避免葉片顫振，工作輪上相鄰的兩個葉片可以采用不同的厚度來改變其固有頻率。

軸流式壓縮機的主要部件

渦輪噴氣發動機根據“工作循環”工作。它從大氣中吸取空氣，空氣被壓縮和加熱

在這個過程之后，空氣在2000英尺的高空獲得了能量和動量/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(2253公里/小時)速度從推進噴嘴排出。當高速射流從發動機流出時，同時帶動壓氣機和渦輪繼續旋轉，以維持“工作循環”渦輪發動機的機械布局比較簡單，因為它只包含兩個主要的旋轉部件，即壓氣機和渦輪，以及一個或幾個燃燒室。然而，并不是這種發動機的所有方面都有這種簡單性，因為熱問題和空氣動力學問題更加復雜。這些問題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度引起的、通過壓縮機和渦輪葉片的不斷變化的氣流、以及排出燃料氣體并形成推進噴流的排氣系統的設計工作。

壓氣機喘振是氣流沿壓氣機軸線的低頻高幅振蕩現象。這種低頻高幅的氣流振蕩是一種很大的激振力，會導致發動機零部件強烈的機械振動和熱端過熱，并在短時間內造成零部件的嚴重損壞，所以任何情況下都不允許壓縮機在喘振區工作。

發動機的聲音從尖銳的汽笛聲變成了低沉的汽笛聲；發動機的振動增加；壓縮機出口總壓和流量波動較大；轉速不穩定，推力突然下降，波動很大；發動機的排氣溫度升高，導致過熱；嚴重時會發生爆鳴，氣流中斷，導致熄火停車。因此，一旦出現上述現象，必須立即采取措施，使壓縮機退出喘振工作狀態。

由于攻角過大，氣流在葉片后部分離并且這種氣流分離嚴重擴展到整個葉片側通道。

1、為氣動設備提供氣源 2、輪胎）膨脹 3、噴漆、噴涂 4、好氧發酵罐中的曝氣（經過殺菌、過濾）5、用于等離子切割的氣體源6、氣動工具氣源等。

離心式

由進氣系統、葉輪、擴壓器、集氣管等四部分組成

在葉輪的中央(入口)空氣被吸入，離心力使空氣從徑向高速進入擴壓器通道在擴壓器中，氣流速度減慢，壓力上升

取決于壓力，轉子和擴散器的葉片具有各種形狀-速度特性需要選擇

優點：結構簡單，運行可靠，性能穩定

缺點：效率低，迎風面積大

50年代以后，除了小卷軸、除了渦輪螺旋槳發動機，離心式壓縮機不再使用

與軸流壓縮機配合，作為壓縮機的末級

所研究的離心壓縮機的增壓比可以達到12以上

離心式壓縮機的最小流量受喘振狀態的限制，最大流量受堵塞狀態的限制

可以采用變轉速、進口節流、出口節流和可調進口導葉用于調節操作條件范圍

阻塞：氣流由于葉片的作用和流線的彎曲而收縮，

在進氣道附近形成局部超音速區，超音速擴展到整體

喉道截面為5時，氣體流量達到最大，不能再增加的現象

軸流式

軸流式壓氣機

氣體在軸向附近流動的壓縮機通常稱為軸流式鼓風機；動葉加速

流體和靜止葉片起到擴散器的作用，將速度轉化為壓力上升。類似于反動式渦輪機的相反過程

軸流式壓縮機廣泛用于燃氣輪機裝置中、高爐鼓風、空氣分離、天然氣液化、重油催化和其他裝置中的加壓空氣和其他氣體

軸流壓縮機的級= 一排轉子葉片 （緊接著的）一列靜子葉列

轉子葉片固定在滾筒上，定子葉片固定在圓筒上

葉片，動能流體，壓力略有增加；定子鏈，流體的壓力進一步增加

高壓比裝置，壓縮機級20

進口導葉，無壓力上升，不屬于壓氣機第一級。

目的：當氣流進入第一級時，得到所需的流場分布

空氣被軸流壓縮機不斷壓縮，空氣的比容減小、密度增加。因此軸流壓氣機通道的截面積逐級減小，呈收斂狀，壓氣機出口的截面積遠小于進口的截面積

壓縮機轉輪與渦輪轉輪

截面積↗?減速、助推器 的動能轉化為助推器

截面積↘?增速、降壓 動能增加

注意：相對速度

當氣流通過初級時，轉子葉片做功對氣流加壓，使得初級出口處氣流的總壓和溫度高于入口處的總壓和溫度

壓縮機初級效率：獲得相同的總增壓比，

理想絕熱壓縮功 / 實際壓縮功

壓氣機元件級的流動參數沿葉片高度方向變化很大，因為：

工作輪基本單元級的切線速度u沿葉片高度不相等，使得工作輪對氣流所做的功沿葉片高度不相等。

工作輪后的空氣旋轉流場中不可避免地存在徑向壓差半徑越大，靜壓越高，使氣體微團簇產生向心加速度

?改變葉片形狀（工作輪和導流板的葉片扭曲）

軸流壓氣機某一級的失速并不是沿著整個環面同時發生的，而是首先發生在某些葉片的某一部分，失速區并不固定在這些葉片上。失速區相對于工作側區沿與旋轉方向相反的方向移動。

多級軸流壓縮機在以下兩種情況下容易發生喘振：

在一定轉速下工作時，如果出口背壓增大，空氣流量減小到一定程度，就會發生喘振

當發動機偏離設計工況，降低轉速時，容易發生喘振

設計一臺低壓多級軸流壓氣機，進出口截面積變化小，不容易發生喘振

當喘振發生時，存在強烈的不穩定工作現象：流經壓氣機的氣流沿壓氣機軸向產生低頻高幅的強烈振蕩，壓氣機出口平均壓力急劇下降，造成出口總壓、流量、流速波動較大，并伴有強烈的射擊聲

1從多級軸流壓氣機的一個或幾個中間段放出空氣

當壓氣機轉速低于一定值時，空氣釋放閥將被打開，以增加壓氣機前幾級的空氣流量，避免前幾級攻角過大造成的氣流分離。中間級放氣也避免了壓氣機后級進口速度過大，攻角過小，甚至為負值，降低壓比和效率的現象

簡單，不經濟（把壓縮空氣放到周圍大氣中，就失去了壓縮這部分空氣的機械功）

②第一級采用可調進口導葉和靜葉在低速時，他們可以關閉 ，以提高氣流的軸向速度，防止失速，使其接近最佳工況。可調進口導向葉片和固定葉片也可用于最后幾級）

③采用雙軸或三軸結構

單級增壓比很小1.15~1.35，為了獲得更高的壓比，一般采用多級結構。空氣在壓縮機中逐級加壓后，密度和溫度也逐級升高

軸流壓縮機主要性能參數：壓力、流量、功率、效率、轉速。

最小流速受喘振狀態的限制，最大流速受阻塞狀態的限制。可以采用變轉速、進口節流、出口節流和可調靜子葉片用于調節，以擴大操作范圍

離心式壓氣機

優點：壓氣機級壓比高、具有良好的工作范圍、在工作范圍內可以保持良好的效率 容易制造、低成本 重量輕

缺點：截面積大，損耗隨級數增加 ，最多2級

軸流式壓氣機

優：峰值效率高，多級低損失，小截面積，大質量流量，可實現高增壓比

缺：效率好，工作范圍窄，制造成本高，重量大，起動功率大（可能）較高。